Die RNA-Helicase DHX30: Physiologische Funktion und Rolle bei einer neuronalen Entwicklungsstörung

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Jürgen Kreienkamp; Professor Dr. Davor Lessel
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Experimentelle Modelle zum Verständnis von Erkrankungen des Nervensystems ; Humangenetik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 463129991

ATP-abhängige RNA-Helicasen sind für den Umbau von RNA-Sekundärstrukturen und von RNP-Partikeln verantwortlich. Für Mutationen in den kodierenden Genen mehrerer Helicasen der DHX- und DDX-Familien wurde eine Assoziation zu einer schweren neuronalen Entwicklungsverzögerung beobachtet. Durch die Identifizierung einer Patienten-Kohorte mit heterozygoten, de novo missense Mutationen, die hoch konservierte Aminosäuren des Proteins verändern, haben wir kürzlich DHX30 zu dieser wachsenden Liste von Krankheitsgenen hinzugefügt. Unsere ersten funktionellen Untersuchungen zeigten, dass dies zu Defiziten entweder in der RNA-Bindung oder der Hydrolyse von ATP führt. Auf zellulärer Ebene löste dies die Bildung von Stress-Granulae (SGs) und eine reduzierten Protein-Synthese aus. In weiteren Experimenten haben wir beobachtet, dass DHX30 für die Bildung von SGs erforderlich ist. Zusätzlich deutet der Befund, dass der Verlust von DHX30 die Intensität des 80S-Monosomensignals bei der Analyse von Sucrose-Gradienten stark reduziert, sehr deutlich auf die Bedeutung von DHX30 bei der Regulation der Translation hin. Die funktionelle Bedeutung von DHX30 im zentralen Nervensystem ist weiterhin völlig unklar. Wir beabsichtigen hier, zwei zentrale Fragen zu beantworten: (1) was ist die zelluläre Funktion von DHX30, insbesondere in neuronalen Zellen? (2) Wie beeinträchtigen die bei den Patienten gefundenen Mutationen in DHX30 die molekulare und zelluläre Funktion dieser RNA Helicase im zentralen Nervensystem, und wie kann dies zu einem schwerem neuronalen Entwicklungsdefekt führen? Da unsere Daten auf eine Funktion bei der Kontrolle der Translation hinweisen, werden wir untersuchen, welche mRNAs in ihrer Translationseffizienz nach Verlust von DHX30 verändert sind, sowie welche Auswirkungen dies auf das zelluläre Proteom hat. Wir werden die Bedeutung von DHX30 für die zur Bildung von SGs untersuchen. Ein weiterer Aspekt wird die funktionelle Bedeutung der von uns gefundenen DHX30-DDX3X Interaktion sein. In primär kultivierten Neuronen werden wir der Frage nachgehen, wie der Verlust von DHX30 die neuronale Proteinsynthese, die Bildung von dendritischen mRNA Granulae, und spezifisch neuronale Parameter wie die Verzweigung von Dendriten und die Synapsenbildung beeinflusst. Um zu ermitteln, wie die Mutationen die neuronale Funktion von DHX30 stören, werden wir iPS-Zellen aus Fibroblasten von Patienten erzeugen. Nach Differenzierung in Neuronen werden wir den Effekt der DHX30-Mutationen auf die neuronale Translation ermitteln. Weiterhin werden wir die Auswirkungen der Mutationen auf die neuronale Morphologie und die Synapsenbildung in diesem System untersuchen. Komplementär dazu werden wir in knock-in Mäusen den Effekt einiger Mutationen auf das Verhalten der Tiere auswerten. Unsere Studien zielen darauf ab, den Mechanismus der DHX30-assoziierten neuronalen Entwicklungsverzögerung zu ermitteln sowie die Rolle der Translation bei der neuronalen Entwicklung näher zu beleuchten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen